Effetto di nanomateriali inorganici di diversa natura sull'attività enzimatica della β-galattosidasi

A causa della forte espansione delle nanotecnologie l'uomo è sempre più esposto ai nanomateriali. Tra i vari tipi di esposizione quella attraverso la via orale è particolarmente diffusa. I nanomateriali infatti vengono utilizzati come eccipienti in molti alimenti e farmaci. Ad oggi esistono molti studi volti a valutare l'impatto di alcuni nanomateriali sulla salute umana; tuttavia, pochi sono i dati disponibili sulla possibile interferenza dei nanomateriali con enzimi presenti nel tratto digestivo. La β-galattosidasi è un enzima, presente nell'intestino umano, la cui carenza porta allo sviluppo di intolleranza al lattosio; ma anche impiegato nel settore alimentare per aumentare la dolcezza di alcuni alimenti, per produrne altri poveri di lattosio o nel settore farmaceutico come integratore alimentare. Lo scopo della tesi è dunque quello di studiare l'interazione di questo particolare enzima, la β- galattosidasi, con alcuni tra i più frequenti nanomateriali a cui l'uomo è esposto allo scopo di verificare se tale interazione possa modificare l'attività di questo enzima; è stata inoltre effettuata una prima analisi del meccanismo di interazione, ponendo una particolare attenzione al possibile adsorbimento dell'enzima e alla reversibilità del fenomeno. I nanomateriali sono stati selezionati sulla base della loro natura chimica ed applicazione: la silice amorfa utilizzata come antiagglomerante, come supporto per aromi e come colorante; il biossido di titanio utilizzato sia nell'industria cosmetica come filtro solare, sia come additivo alimentare per dolciumi e bevande gassate; e due tipi di nanomateriali di carbonio: una polvere di nerofumo, con proprietà simili al carbone attivo utilizzato come rimedio per il meteorismo e gonfiore addominale ed un campione di nanoparticelle di carbonio sintetizzate in laboratorio con potenziale applicazione come carrier di farmaci. I risultati hanno dimostrato come le proprietà chimico-fisiche dei nanomateriali influenzino l'interazione con la β-galattosidasi: mentre, infatti, la polvere di nerofumo adsorbe irreversibilmente l'enzima, già dopo un breve tempo di incubazione inattivandolo, le nanoparticelle di carbonio, simili in composizione ma diverse per le loro proprietà morfologiche e di superficie, non interagiscono lasciando l'enzima attivo. Il biossido di titanio si comporta similmente al nerofumo sebbene con cinetiche più lente, mentre la silice è in grado di adsorbire l'enzima che, tuttavia, ritiene parzialmente la sua attività. I risultati di questa tesi, seppur preliminari mostrano come l'esposizione ai nanomateriali per via orale possa potenzialmente portare ad una riduzione della capacità di idrolizzare il lattosio. Tuttavia, essi suggeriscono la possibilità di modulare questo effetto modificando le proprietà del nanomateriale. I risultati hanno inoltre interesse in altri settori dove è possibile un contatto tra nanomateriali e quest'enzima come l'industria alimentare, farmaceutica, agrotecnica e nel settore biosensoristico.